Потерн напора в трубопроводах

Вследствие трения в трубопроводах при транспортировке по ним навоза происходят потери напора. Потери возникают также в результате завихрения, изменения направления потока и действия реактивных сил в фасонных деталях (фитингах) и арматуре.

1. Основы расчета. Особые реологические свойства навоза (см. раздел 3.4) не позволяют проводить расчет по математической модели для воды. Точный расчет параметров следовало бы проводить на основе отношения напряжение сдвига:градиент скорости по gt; равнению (5), приведенному в разделе 3.4.2.2. Но еще не установлена связь между числом Рейнольдса и коэффициентами гидравлического трения К для ламинарного и турбулентного потоков. Если принять, что навоз структурновязок, т. е. пренебречь влиянием То, то можно применять безразмерные величины [4].

Обобщенное число Рейнольдса

_              „ ./71.7)2—п.п

Цеп= 10:- —^^(1)

где й — диаметр трубы, м; V — средняя скорость течения, м/с; р — плотность, г/см3; к — жесткость Н-сГ1/м2; п — структурный показатель.

Коэффициент сопротивления (гидравлического трения, X) для ламинарной зоны

8 (--2 )"

              ^_2_ (2)

Яеп

Коэффициент сопротивления для турбулентной зоны и гидравлически гладких труб

-р =2,0- (^)°'\ (#еп- V- 7)-0,8/г.              (3)

Графическое изображение Х=1(Яеп, п) облегчает пользование рассматриваемыми показателями (рис. 59).

Для учета предела текучести т0 рекомендуется при шероховатости трубы й^0,1 мм увеличивать на 25% значение 1, полученное из уравнения (3).

Потерю напора в фитингах и арматуре определяют в целом с помощью коэффициента сопротивления ?. Исследования показали, что при транспортировке разложившегося осадка сточных вод по трубопроводам с фасонными деталями и быстроразъемными муфтами коэффициенты сопротивления на 10...

Таким образом, потери напора (м) равны:

К = ~ (К- 4- +2Б),              (4)

{1

где Ь— длина трубопровода, м; ? — гравитационная постоянная (м/с2); — сумма коэффициентов сопротивления арматуры и фитингов.

Таблица 41. Средние коэффициенты сопротивления 5 фитингов трубопроводов при транспортировке осадка сточных вод с содержанием сухого вещества примерно 8%

2. Г1ример расчета. По полихлорвиниловому трубопроводу 160X7,7 (с1= 144,6 мм) должно проходить в час 60 м3 навоза крупного рогатого скота с содержанием сухого вещества 8,2% на расстояние 100 м.
   Из таблицы 11 (см. разд. 3.4.2.2) берем р= 1,023 г/см3, ? — 10,4 Н-с"/м2 и п=0,280.

и=               —              =1,016 м/с.

900-3,14-0,14462

%е __ 103 0.14460'280- 1,0 !61'720-1,023 Я_              10,4

= 58,9 Г - (ламинарное течение).

При п=0,280 и Яеп=58,8 из рисунка 59 получаем 1=0,28.

и              поо 1,0162 100              ,п 1С

Му                            *               = 10,18 м.

19,62 0,1446

Если исходить из максимального напора имеющегося насоса, то для оптимизации расхода и диаметра можно предложить другой путь. Соединив уравнения (2) и (4) и произведя перестановку по V, получаем:

с/1*71

"г, 100 *

и = 1,62 (/г„,юо • с1‘’2н)3’57.

Эксцентриковый шнековый насос М 13/115-140 развивает, например, максимальный напор 63 м. Если рас- тояние транспортировки составляет 750 м, получаем /^’,100 = 63/7,5=8,4 м. Математическое выражение а принимает форму:

у=3,24-103-lt;/4’57.              (6)

Затем вычисляем парные величины с? и ф. при которых потери давления всегда минимальны:

(1, м              0,10              0,15              0,20

V, м/с              0,087              0,554              2,09

(2 м3/ч              2,46              35,2              111

В этом примере следует рекомендовать диаметр трубы с?=0,15 м, так как расход (^=35,2 м3/ч очень близок номинальной подаче имеющегося насоса.

Предпосылкой для организации дождевания смесью навоза с водой является прежде всего устройство стационарной оросительной сети (TGL 24198, Blatt 2). Трубопроводы надо укладывать в непромерзающий слой почвы, чтобы можно было вносить навоз круглый год. Площадь для укладки трубопроводов следует рассчитывать так, чтобы, во-первых, в зимние месяцы не вносить на поля избыточное количество навоза и, во-вторых, можно было соблюдать сроки применения, обусловленные севооборотом.

Задвижки гидрантов стационарной сети, где в морозные периоды проводится дождевание смесью навоза с водой, должны плотно закрываться, иначе стояки могут замерзнуть.

Стационарную оросительную сеть необходимо разделить на участки, благодаря этому появится возможность одновременного и чередующегося дождевания навозом и водой. Это имеет большое значение для. организации дождевания в вегетационный период. С этой целью к отдельным участкам прокладывают двойные подводящие линии (для навоза и воды). Чтобы дополнительные затраты снизить до минимума, необходимо тщательно определить размеры отдельных участков. При этом надо учитывать:

а)              выход навоза на гектар удобряемой площади;

б)              структуру посевных площадей на орошаемой площади;

в)              подачу насосной станции.

В связи с более низкой подачей навоза по сравнению с подачей воды при площади орошения менее 700 га, смешивании и дозировании навоза со стороны всасывания в вегетационный период дождевание навозом должно быть дополнительным технологическим процессом к дождеванию чистой водой. При высокой потребности в орошении вода, как производственный фактор, имеет первостепенное значение. Но и в вегетационный период часто возникает потребность в поливе смесью навоза с водой при узком соотношении указанных компонентов.

При дождевании навозом или смесью воды с навозом надо учитывать потребность сельскохозяйственных культур в питательных веществах. Другими словами, при составлении плана комбинированного орошения водой и

Навозом нельзя исходить лишь из потребности растений в воде. Включение навоза в поливную воду всегда представляет собой удобрительное мероприятие. Необходимо учитывать наряду с количеством питательных веществ в навозе сроки его применения. Несоблюдение этого условия может означать не только нерациональное использование питательных веществ, но и значительное снижение урожая от недостатка или избытка питательных веществ (особенно азота).

При организации комбинированного дождевания водой и навозом следует учитывать выход навоза и содержание в нем питательных веществ.

Для эффективного использования дождевальной установки (высокая фондоотдача) севооборот должен быть насыщен интенсивными отзывчивыми на поливы культурами. При орошении чистой водой доля отзывчивых на поливы культур должна составлять 80... 100% [155]. В климатических условиях ГДР пропашные и кормовые культуры дают самые большие прибавки урожая при орошении. Более эффективному использованию дождевальных установок способствует также возделывание промежуточных культур. Указанные требования к структуре посевных площадей совпадают с условиями эффективного применения навоза. Севообороты имеют значительную долю культур с высокой потребностью в воде и питательных веществах. Лишь в относительно короткие периоды навоз нельзя вносить.

При возделывании пропашных, кормовых и промежуточных культур обеспечивается как эффективное применение навоза, так и равномерное его внесение в течение года. Последнее имеет особенно важное значение с точки зрения эффективного использования навозохранилищ и дождевальных установок. Дождевальные установки используют для внесения навоза также в периоды года, когда нет необходимости в орошении. Благодаря такому универсальному применению дождевальных установок можно увеличить время их эксплуатации

со ioo... 120 дней при поливах чистой водой до 180дней в году при комбинированных поливах чистой водой и навозом [155].

Важным фактором, содействующим повышению концентрации интенсивных и отзывчивых на орошение культур в севообороте и максимальному использованию дождевальных установок, является кооперация в области растениеводства. Она создает основу для индустриального животноводства и эффективного использования навоза.

Как уже отмечалось, круглогодовое внесение навоза позволяет сократить потребность в навозохранилищах. Соотношение между навозом и водой при поливах зависит от времени года. В вегетационный период поливы чистой водой и навозом необходимо проводить в соответствии с потребностью растений в воде и питательных веществах. Если за короткий отрезок времени необходимо внести навоз на значительных площадях главным образом для обеспечения растений питательными веществами или надо освободить от навоза хранилища, то проводят дождевание навозом при незначительной добавке воды (1:1 или 1:2). После внесения навоза поверхностным способом в виде подкормки проводят дождевание чистой водой. Полив чистой водой повышает эффективность навоза и, кроме того, очищает растения от частиц навоза. Такое раздельное дождевание сперва концентрированной смесью, а затем водой в некоторой степени имитирует естественный дождь.

При одновременной большой потребности в воде и питательных веществах целесообразно вносить навоз и чистую воду в виде одного технологического процесса комбинированными насосными станциями с подачей навоза со стороны всасывания (орошаемая площадь до 700 га) или в напорный трубопровод. Кроме того, внесение навоза в периоды высокой потребности в воде может быть обусловлено другими технологическими факторами, в частности:

а)              вместимостью навозохранилищ;

б)              подачей воды и навоза насосной станцией;

в)              сроками внесения навоза;

г)              карантинными сроками использования кормовых культур.

Для кормовых культур карантинный срок, т. е. время между последним внесением смеси навоза с водой и использованием растений, составляет 21 день

Чтобы обеспечить растения водой в периоды высокой потребности в ней, комбинированными насосными станциями с подачей навоза со стороны всасывания (орошаемая площадь более 700 га), а также раздельными насосными станциями вносят навоз и воду при узком соотношении между ними, затем растения поливают чистой водой. Применяемая техника позволяет, как правило, вносить смесь, состоящую из равных объемов навоза и воды (1 : 1). Навоз часто содержит такое количество воды уже на ферме, так что отпадает необходимость в ее добавке.

Во вневегетационный период вода служит лишь вспомогательным средством для гидромеханической транспортировки навоза. Опыт показывает, что дождевание навозом с помощью перемещаемых на колесах трубопроводов возможно при температурах до —ТС. В осенне-зимний период навоз целесообразно вносить передвижными дождевальными установками на полях под многолетними кормовыми растениями и на пашне с тщательно выровненной поверхностью. В связи с небольшой добавкой воды за единицу времени можно внести относительно большое количество навоза в благоприятные периоды поздней осени, зимы и ранней весны.

Чем сильнее разбавлен навоз, т. е. чем шире соотношение компонентов в смеси, тем ниже производительность труда и выше затраты времени на внесение навоза. Так, при общей норме полива 35 мм в зависимости от соотношения компонентов (навоз:чистая вода) вносится следующее количество полужидкого навоза: 1:2—116 м3, 1:3 — 88, 1:4 — 70, 1:5 — 58, 1:10 — 32,

1. : 15 — 22, 1 :20 — 17 м3.

Наибольшие затраты труда приходятся на перемещение дождевальных крыльев (рабочие операции от гидранта на старой позиции до гидранта на новой). Затраты времени определяются типом дождевальной установки, числом рабочих в бригаде, состоянием поверхности почвы и сроком внесения навоза. Типы дождевальных установок различаются по числу функциональных групп, например по числу приводных агрегатов на каждое дождевальное крыло и числу соединительных трубопроводов. Число рабочих в бригаде должно соответствовать числу функциональных групп. В наибольшей степени затраты труда на передвижение дождевального крыла зависят от почвенных условий (табл. 42).

Таблица 42. Влияние почвенных условий и числа рабочих на производительность труда при передвижении колесного спаренного крыла (Оу 100) при рабочей ширине 300 м

По многолетним злаковым травам передвигать дождевальное крыло значительно легче, чем по зяби. Если работают три человека вместо двух, производительность труда повышается в среднем лишь на 10%. При использовании колесного дождевального крыла (/)у 125) при рабочей ширине 300 м (КИ 125/300) на залуженной площади достигается более высокая производительность труда, чем при использовании спаренного дождевального крыла (Бу 100, общая рабочая ширина 300 м, ИИ 100/300). Производительность труда при передвижении спаренного дождевального крыла РЙ 100/300 зимой ниже на 40% по сравнению с производительностью летом. Так, при поливе многолетних злаковых трав (2 рабочих) с помощью спаренного дождевального крыла ИИ 100/300 на 1 ч приходилось 2,56 передвижения, а при дождевании с помощью 125/300 — 2,90.

В процессе полива вносится смесь навоза с водой соответственно предусмотренной дозе азота. Продолжительность полива (работы дождевального крыла на одной позиции) рассчитывают по формуле:

Продолжительность полива, мин.= Доза аз0та (кг N за стоянку)Х60

Расход дожде- X Концентрация вальным кры- азота в смеси лом, м3/ч навоза с водой (кг Ы/м3)

В таблице 43 показана производительность труда при внесении 100 кг N на гектар в зависимости от концентрации азота в смеси и типа дождевального крыла. Различная производительность при использовании спаренных дождевальных крыльев ИР 100/300 и крыльев ИИ 125/300, имеющих одинаковое число дождевальных аппаратов, объясняется разной потерей напора, а следовательно, и разным расходом.

Таблица 43. Производительность труда при поливе навозом (рабочая ширина дождевального крыла 300 м, дождевальный аппарат 0-68, диаметр сопла 15 мм)

Следует отметить, что превышение заданного основного времени (30 или 60 мин) работы крыла ведет к значительным отклонениям количества внесенных питательных веществ от нормы. Неисправности большей частью заключаются в засорении дождевальных аппаратов вследствие неудовлетворительного измельчения или отделения примесей, плохой гомогенизации навоза в хранилище (табл. 44).

Таблица 44. Влияние превышения основного времени (ТО на внесение питательных веществ при заданном отношении навоз:вода в смеси 1 : 2

* Число опытов

Число необходимых дождевальных крыльев (п) определяют на основании номинальной подачи навоза насосной станцией и расхода дождевальным крылом по формуле

п_ lt;Зр( м3/ч)

lt;2н(м5/ч)

Продолжительность полива и время перекатывания дождевального крыла должны так соотноситься, чтобы коэффициент основного (рабочего) времени превышал

50, потому что он отражает степень использования насосной станции для внесения навоза. Коэффициент основного времени получают по формуле

              Продолжительность поливах 100

Продолжительность полива+Потребное время

на перекатывание дождевального крыла

Дождевание навозом проводят параллельным или последовательным способом. Параллельный способ характеризуется тем, что применяют вдвое больше дождевальных крыльев, чем требуется соответственно подаче жидкости насосной станцией. Такой способ позволяет достичь высокой степени использования насосной станции для навоза. Параллельный способ целесообразно применять при короткой продолжительности полива (не более двукратной продолжительности передвижения), а также при малой подаче жидкости насосной станцией для навоза. При другом способе потребовалось бы дополнительно передвигать дождевальные крылья на одном и том же поле. При большой мощности насосной станции, а также при использовании комбинированных насосных станций для дождевания водой и фугатом навоза применяют последовательный способ. Он характеризуется последовательным перекатыванием отдельных дождевальных крыльев.

Комплексная величина (число дождевальных крыльев на бригаду) определяется соотношением между продолжительностью полива и временем, необходимым для передвижения дождевального крыла (рис. 60). При короткой продолжительности полива смесью навоза с водой важно сократить затраты времени на передвижение дождевального крыла.

Данные, полученные путем детальных технологических измерений, дают представление о сравнительной эффективности полустационарных дождевальных установок при внесении навоза. Например, производительность труда на дождевании навозом (240 кг N на 1 га, подача насосной станции lt;2=300 м3/ч, рабочая ширина 300 м, параллельный способ) составляла за смену 16 га летом на стерне многолетних злаковых трав и весной на зяби (условный проход трубопровода 100 мм, 2 рабочих); производительность снижалась зимой на зяби

Основное В, 'вмя Ти мин/стоянна

Рис. 60. Номограмма определения числа дождевальных крыльев, обслуживаемых одной бригадой.

(0у 100, 2 рабочих) до 15,54 га и летом на стерне многолетних злаковых трав (?gt;у 125, один рабочий) до 13 га. Потребность в рабочем времени на полив дождеванием приведена в таблице 45.

Таблица 45. Потребность в рабочем времени при дождевании навозом (240 кг N на 1 га, подача насосной станции lt;2 = 300 м3/ч, рабочая ширина 300 м, параллельный способ)

Приведенные здесь результаты и нормы выше, чем среднегодовые в крупных животноводческих комплексах При организации и проведении комбинированного дождевания водой и навозом необходимо исходить из комплексной задачи рационального использования основных средств и средств производства для максимального развития растениеводства. Особенно важно учитывать следующие факторы:

• дополнительную потребность в воде;
• продолжительность периодов между укосами; производительность кормоуборочных комплексов;
• продолжительность подвяливания кормовых растений, предназначенных для силосования;
• наиболее благоприятные сроки дождевания водой н навозом.

В кооперативе Деделов, имеющем молочный комплекс на 2000 коров и комбинированную дождевальную установку для воды и навоза на площади 1200 га, оказалось целесообразным проводить дождевание водой и навозом, внесение минеральных удобрений под кормовые культуры и уборку кормов под единым руководством. Результаты применения дождевальной установки в кооперативе Деделов в течение одного года представлены в таблице 46, из которой видно, что навоз вносили почти ежемесячно (76 дней в году). На площади 190га было внесено в среднем по 49 м3 навоза на 1 га в пересчете на полужидкий навоз с содержанием сухого вещества 10%. Затраты рабочего времени на внесение навоза составили в среднем 0,15 чел-ч в пересчете на 1 м3 навоза с 10%-ным содержанием сухого вещества, или 0,08 чел-ч на 1 м3 смеси навоза с производственной водой. Эксплуатационные затраты не превышали 3,1 марки на 1 м3 внесенного навоза (в пересчете на навоз с 10% сухого вещества).